Адиабатно разширение: охлаждане без загуба на топлина

1 · Предскажи

Газ се разширява бързо, без време да размени топлина с околната среда (адиабатно). Променя ли се температурата на газа, макар че никаква топлина не влиза или излиза?

• Газът се охлажда — извършва работа върху околната среда, ползвайки собствената си вътрешна енергия.
• Температурата остава същата, понеже не се разменя топлина.
• Газът се нагрява, докато се разширява.

2 · Постановка

1. Отвори настройката адиабатно разширение и натисни Нулирай. 1 mol двуатомен азот (f = 5) започва на 24.9 L, 300 K.
2. Включи показанието за крайна температура на камерата.
3. Задай целевия (краен) обем за всеки опит и запиши крайната температура и извършената работа.

3 · Събери данни

Чертай крайната температура T₂ (ос y) спрямо крайния обем V₂ (ос x) за трите си опита. Извива ли се линията надолу?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) с γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. После изчисли W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Сравни и двете с таблицата.
2. С Q = 0 във всеки опит първият закон дава ΔU = −W_gas точно. Обясни, в смисъл на запазване на енергията, защо разширяващ се газ, който извършва положителна работа, трябва да се охлади, когато не може да поеме топлина.

5 · Надгради

1. Аерозолнен спрей усеща студен, докато газът изтича и се разширява бързо — твърде бързо, за да размени много топлина с околната среда. Обясни защо това е реален (ако и несъвършен) пример за адиабатно охлаждане.
2. Сравни крайните си температури тук с това, което обратното на изотермична компресия (изотермично разширение) би дало при същата промяна на обема: изотермичното държи T постоянно, но този адиабатен случай — не. Защо премахването на предположението за топлообмен променя изхода?

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат